由于元素丰富并且无毒,Cu₂ZnSnS₄（CZTS）太阳能电池在过去十年中引起了广泛关注,并且在2018年,Chang Yan等人将纯CZTS太阳能电池的世界记录效率做到11%。普遍公认的最高效率的CZTSSe依然为12.6%。本论文主要针对铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄）太阳能电池的吸收层晶体和电池器件的制备工艺及性能开展了研究。利用共溅射方法和硫化退火工艺制作了CZTS吸收层材料。并对样品的晶体结构、表面形貌和光电特性等进行了测试与分析。主要研究了窗口层和CdS/CZTS界面的优化工艺,并且在镀Mo玻璃上生长了包含CBD-CdS/CZTS异质结的Cu₂ZnSnS₄电池器件。通过组份和界面的优化,得到了7.7%（全面积）和8.2%（有效面积）的转换效率。论文主要得到了以下结果:1.系统地研究了功率、压力、温度和时间四个关键溅射参数对射频磁控溅射制备掺铝氧化锌（AZO）薄膜电阻和透光率的影响。发现薄膜电阻对上述沉积参数极为敏感,而光学透过率却几乎保持不变的显著特征。通过优化沉积工艺参数为0.3Pa,200℃,120分钟,和180W,采用AZO陶瓷靶（2wt%Al₂O₃）在钠钙玻璃上生长了高质量的AZO薄膜（薄膜电阻为4.54?/sq,透射率大于84%,厚度为1500nm）;并以此为基础制备了转换效率达5.1%的以AZO为透明电极的CZTS薄膜太阳电池。我们还首次采用了全新的玻璃清洗工艺-燃烧处理法（BTM）,相比于传统的单溶液清洗法（OSC）,不仅省时,而且可避免Mo层的剥离和丙酮有毒有机试剂的使用。2.采用溅射法（SP）和化学浴沉积法（CBD）两种工艺分别沉积CdS缓冲层,进而系统研究了CZTS太阳电池V_oc损失的形成机理。结果表明:SP-CdS薄膜具有更好的结晶性和更高的平均透光率,然而含CBD-CdS缓冲层的CZTS太阳能电池具有更低的V_oc损耗和更高的转换效率。基于霍尔和TEM测试分析,我们揭示了其内在机理:i)采用CBD法制作的CdS易于扩散到CZTS层,形成浅n型层;ii)CBD-CdS具有更高的电阻率,易形成胶体,可以填堵晶界之间的针孔和Ⅰ型孔洞。所有这些都改善了CZTS/CdS界面并提高了R_sh,这对降低V_oc损失和提高转换效率至关重要。通过精心调整Cu/Sn和Zn/Sn的化学计量比,具有CBD-CdS缓冲层的CZTS太阳能电池的冠军转换效率为8.2%（有效面积,没有MgF₂抗反射涂层）。3.综合利用温度相关的J-V、C-f等电学表征,结合PL光谱对CZTS薄膜太阳电池的低温效率坍缩及载流子复合机制进行了全面研究。变温J-V显示,当温度降低至160K以下时,串联电阻R_s急剧增大,导致电池效率快速坍缩。CZTS电池的C-f谱显示低温下出现明显的载流子冻结效应,并分辨出一个激活能约40meV的深能级缺陷;CZTS吸收单层的C-f谱显示相似结果,表明CZTS吸收层中的深能级缺陷是导致载流子冻结的主要原因。变温PL光谱测试发现,当温度低于160K时,近带边发光峰和两个深能级荧光峰急剧增强。通过比较分析,我们认为[2Cu_Zn+Sn_Zn]、[Cu_Zn+Sn_Zn]、Sn_Zn以及Cu_Zn等缺陷能级在低温下捕获载流子,对高串联电阻和CZTS太阳电池的低温效率坍缩具有重要作用。同时,AMPS-1D的模拟结果显示,CdS/CZTS界面在低温下会形成势垒尖峰,阻碍光生载流子的传输和收集,也对电池性能衰退产生重要影响。4.研究了不同退火工艺,不同组分比对CZTS吸收层材料制备和缺陷性质的影响。根据硫磺的熔点为118℃,沸点为444.6℃这两个物理参数改进了280℃保温时间（S2阶段）和280℃至610℃的升温速率（S3阶段）。适当延长S2阶段的保温时间和S3阶段的升温时间,大幅度提高了晶面平整度和晶粒尺寸,消除了细晶层。利用FTIR光谱对不同组份的CZTS吸收层薄膜的PL光谱、吸收谱和反射谱进行了表征分析,揭示了深浅缺陷态随组份比的演化关系,并且对0.78eV、0.82eV、0.92eV和1.1eV深能级荧光峰以及1.27eV的近带边带尾态荧光峰的来源进行了分析和指认。